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2003年10月16日
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神舟五号飞行总调度申敬松
细谈神舟五号飞行调度
2003年10月16日 02:08:05

本报记者 江菲

  问:我很想知道飞船发射具体是个什么过程?我觉得实际上需要地面指挥的地方可能很少,一般都是按事先设计好的程序走就行了,是这样吗?

  答:确实是这样。如果不出现特别大的问题,飞船在几分几秒做什么都是程序设计好的,地面指挥只是向各方面通报一下运行情况,是不是正常入轨,该哪艘船跟踪,返回调姿
,等等。

  问:就是相当于一个传声筒,把情况广播一下?

  答:可以这样说。但是一般不能保证不出错误,即使前面都正常,也不知道下一个小时会不会正常,所以每个系统的调度和指挥每时每刻都是很紧张地关注飞船的运行状况。

  问:可能出现的都是些什么问题呢?

  答:一般问题分两类。一类是任务实施之前我们设想可能会出现的问题,叫有故障预案的问题;另外一种就是没有故障预案的问题。前者发生后,我们就按照故障预案设计的程序,一步步实施、排除;如果没有故障预案,就要作出决策,或者根据目前的飞行情况,确定采取哪些动作。然后等飞船返回后,再研究调查,看是因为哪些因素产生的问题。

  问:有预案的故障能举个例子吗?

  答:那太多了。比如说,入轨时太阳能帆板没有展开。

  问:为什么帆板会展不开?

  答:有可能是驱动设施没有设计好。因为帆板也是要靠机械驱动展开的。

  问:为什么帆板驱动会出问题?

  答:那就是我们设计时考虑不周全。比如说这个杯子为什么装了水会炸,为什么椅子坐着坐着就坏了,这种问题都是设计时没考虑到的。我们就会设想,万一出现了这种问题,该怎么办。太阳能帆板主要是给飞船供电用的,当然飞船自身有备用供电系统,但远远不够整个飞行期间使用。一旦没有电,飞船就会失控,飞行任务就要提前结束,有可能当圈就要返回。所以,帆板展不开,应该算是重大事故。

  问:苏联就发生过这种事故。

  答:对。但是我们没有发生过。事实上,有预案的故障基本没发生过,因为你考虑到了,在地面上就会做实验,或者补救,或者改进,进行论证,上天后就不太可能发生了。

  问:我听说神舟三号曾出现了一个故障,是返回时姿态不对,那是有预案的故障,还是没有预案的?

  答:应该说没有。但也不能说是故障。飞船返回前要和轨道舱分离。轨道舱是宇航员在太空中生活和工作的场所,里面保持一种正常生活和工作的环境,包括大气密度、氧气等等。在返回段时,宇航员是呆在返回舱,轨道舱还要留轨利用,就要把轨道舱的压力卸掉。(为什么要卸掉?)因为分离时使用的是爆炸螺栓,如果轨道舱内有氧气的话,有可能会出现一些我们想不到的后果。还有一些其他因素。向外排气,肯定对飞船会有一个反作用力,对姿态会有一个影响。这点我们考虑到了,但是没有想到,时间会那么长。

  问:那你们是怎么处理的?

  答:因为这个变化的原因我们很清楚。当时就有两种方案,一种是马上进行调姿,然后再返回,但就是晚一天完成任务;另一种是不考虑当前姿态,按原计划返回。因为飞船自身有个姿态控制软件,它会自身按着太阳的角度进行调整,虽然它的姿态有点偏差,但只要是在可以接受的范围内,还是可以按计划返回的。我们又观察了一段时间,发现它的姿态在逐渐趋于稳定和平衡,所以就按原计划返回了。

  问:如果按照错误的姿态返回,会有什么后果呢?

  答:姿态偏差如果是在合理范围内,会影响落点的精度,对后来的搜救工作造成很大困难。因为如果返回舱里有宇航员的话,耽搁一点时间都会对宇航员的生命造成影响;如果姿态偏差太大,比如说本来应该头向下,然后点火,但变成了头向上,那一点火,飞船就飞出去了,再也回不来了。

  问:在调度中,哪些部分是需要特别注意的重要弧段?

  答:上升段、入轨段和返回段。其他叫运行段,相对来说工作简单一些。说重要,是因为在这样的弧段里,很容易出现各种各样的故障,需要把握的数据也比较多,解决故障的时效要求也比较强,所以比较重要。比如返回段,可能会出现七八种故障,每种故障都要求你在七八秒内解决完毕。

  问:你执行第一次任务时有什么想法?

  答:实际上每一次都很紧张,如果任务推迟一天,就多紧张一天。因为如果一个口令错了,就可能导致飞船提前返回或者不能返回。

  问:你是不是坐在一个特显眼的位置上?

  答:不是。我的位置都是固定的,一直是倒数第二排的正中间。领导坐在最后一排。这样一旦有什么突发事件,我很方便就能向领导请示。我前面都是各个分系统的技术人员。

  问:你们调度时倒班吗?

  答:我们也倒班休息。一般是6个人分两班,一班3人值24小时,换下来后躺下就着。

  问:什么是圈次?

  答:就是飞船在天上飞的时候,地面和飞船之间数据可以来回进行通讯的时段,我们叫“可见弧段”,或者“跟踪弧段”。实际上,飞船飞行一圈一个半小时左右,平均可见弧段只有20多分钟不到30分钟,时间很短,大部分时间地面看不见它―――因为我们监控布点还不够广。

  问:一般的指令不是事先就设计好的吗?

  答:指挥的指令一般有三种。第一种叫程控指令,是飞船事先就注入好的。比如现在是零分零秒,5分零秒的时候要执行什么命令;第二种叫遥控指令,就是在可见弧段时从地面把指令发上去;第三种叫手控指令,就是航天员在天上按按钮发出的命令。这三种的关系是互为备份。一般首先是程控,然后是遥控,最后是手控。

  程控指令也是地面注入上去的。一般是一次注入一个时段的指令。比如现在飞行了两个小时,地面给它注入一个指令序链,告诉它从2小时零1分到3小时干什么。(不是事先编好的?)是在地面上根据当时的飞行情况提前生成的。上天以前飞船有一套固化的指令,一切都按正常状况。但我们不可能一切正常,比如轨道高点,低点儿,这都是可能发生的情况。一般是根据飞行情况,把下一时段固化的指令删掉,注入一个新的指令链。注入指令有的时候就一两秒的工夫,有的时候长一些,或者调整一下顺序什么的。

  程控指令的好处是不受地面可见弧段的限制,到时间它就自动执行了。遥控指令是必须地面有船、测站的时候才能发上去。

  问:如果遥控指令失灵,就用手控指令?

  答:对。但以前都没设计手控,因为没有航天员,就没有实行手控指令的条件。手控是今年才加上的。

  问:比较关键的指令都有哪些?

  答:比如入轨、打开天线、驱动机构接通、展帆板、建立正常工作姿态、打开微重力仪(相当于飞机的黑匣子,记录飞船过程中的各种微小力量),然后返回前的调姿和其他准备工作,等等,主要还是集中在入轨段和返回段。

  问:这些都是你们发出的,那宇航员在上面都干什么?

  答:要是一切正常的话,航天员确实不需要发什么指令。而且所有航天员的指令,都是一种起到“双保险”作用的指令,就是程控指令本来也有,不依赖他也能执行,但是为了保护安全,不管程控指令生没生效,都要求航天员按一下按钮。比如,飞船返回后的一个降落伞切除的口令。如果降落伞没切除,地面有风的话(降落伞有1200平方米),会带着返回舱满地跑,航天员就要在里面打滚了,那是非常难受的。这个指令就要求航天员发手控指令。

  问:飞船返回进入大气层时还有一个角度的要求是不是?

  答:对。一般人都有往水面上打水漂的经验,就是这个石子儿和水面越平,水漂就打得多,石子儿就是进去又出来,又进去又出来。飞船进入大气层和打水漂差不多,要是角度太小的话,飞船就会进去被弹出来,再进去再弹出来,很有可能就回不来,航天员身体受不了;要是角度太大,比如垂直的话,就会造成冲击过大,这样航天员的身体也受不了。

  飞船再入大气层的角度国际上差不多都选择为30度左右。这是经过严格计算的。这只是进入大气层那一瞬间的角度,进入大气层后飞船始终都在自动调整角度,这也是一个科研难点。

  问:一个合格的总调度应该具备哪些方面的能力呢?

  答:首先是对整个系统的了解和把握能力比较强,不能光熟悉调度中心的软件,还要熟悉飞船系统、火箭系统、生命系统等等,这样出现了问题才能比较快速地进行判断和处理;第二是心理素质要过硬,不能一紧张说不出话来了,指令发错了。第三是要求普通话发音相对比较标准,别有口音,别人听不清。(我们都是用普通话进行指挥的吗?对,全程都是汉语普通话。)第四,就是表达能力要强,口齿比较伶俐,防止发出的指令别人听不懂。

  问:对西方国家的总调度工作,有没有专门地学习了解过?

  答:这倒没有。但也看过电影什么的,觉得特别不一样。他们负责调度的人好像特别少,还有,他们的调度人员可以随意走动,戴个无线麦克,到你这个工作台看这个状态对不对,再到他那儿看看,然后随时就可以发指令。我们是固定一个位置,不能动。

  问:要是想看看其他状态怎么办?

  答:就是通话,让他报告。我面前有很多麦克,每个通话对象都不一样。

  问:那不是很容易搞错?

  答:是常常搞错,说了半天发现对方没反应(笑)。不过执行任务时没错过。

  问:神舟三号进行了变轨,神舟五号也要进行变轨吗?

  答:要进行。变轨是把飞船从一个椭圆轨道变成圆形轨道。它的好处是几乎每一个点对地高度都是基本一样的,我可以在任何一个点对它进行回收,当然落地点会不一样,这也是为了安全考虑。神舟五号在天上大概会飞14圈,大概在第5圈的时候就要进行变轨。

  问:不能一开始就形成圆形轨道吗?

  答:不可能。因为火箭推入要用最小的力达到一个最高的点,形成椭圆轨道是比较经济的。

  背景资料

  飞船的返回程序是怎样的

  载人飞船返回地面需要经历4个阶段:制动飞行阶段、自由滑行阶段、再入大气层阶段、着陆阶段。

  测控指挥部门首先向飞船发出返回指令,飞船调整飞行姿态,轨道舱和返回舱分离,分离后的轨道舱继续在轨飞行,进行科学试险。接着,飞船再次完成制动姿态调整,尾部朝飞行方向。飞船按程序点燃发动机制动,完成离轨操作任务,进入返回轨道。当飞行高度降低到距地球约140公里时,推进舱与返回舱分离。返回舱距地球约100公里时,再入大气层,与大气层产生剧烈摩擦,外表变成一团火球,周围产生等离子体,形成电磁屏障,又称“黑障”。此时,返回舱与地面通信中断。返回舱距离地球约40公里时,“黑障”消失。

  当返回舱降到距地球约10公里,回收着陆系统启动工作,弹出伞舱盖,连续完成拉出引导伞、减速伞和主伞动作。返回舱乘主伞缓缓下降,抛掉防热底盖,距地面约1米时,点燃反推火箭发动机,以不大于每秒3.5米的速度实现软着陆。

  飞船返回过程中有哪些危险

  整个过程,飞船要闯过三道“鬼门关”:一是过载关,飞船高速进入稠密大气层时会产生巨大的冲击过载,就像飞机撞山一般;二是火焰关,飞船返回与空气的剧烈摩擦会产生几千度的高温,没有防护,钢筋铁骨也会化为灰烬;三是撞击关,飞船降落尽管有降落伞,但它的降落速度很快,不采取措施,就是壮汉也会被摔死。(刘世昕)

 

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